系统设计入门

系统设计面试考察的是"在约束下做权衡"的能力。本课覆盖面试中最常考的基础设施概念，以及回答系统设计题的通用框架。

学习目标

• 掌握负载均衡、缓存、数据库选型的核心概念
• 会画一个典型 Web 系统的架构图
• 掌握系统设计面试的答题框架

核心概念

负载均衡（Load Balancer）

把流量分发到多台服务器，避免单点压力：

• 轮询 / 加权轮询：依次分发，简单常用
• 最少连接：发给当前连接数最少的机器
• 一致性哈希：同一用户的请求落到同一台机器（会话亲和）
• 常见实现：Nginx、云厂商的 LB 服务

缓存（Cache）

用内存换速度，挡在数据库前面：

读请求 → 查缓存 → 命中？返回 : 查数据库 → 写入缓存 → 返回

• Redis：最常用的内存缓存，支持字符串、哈希、列表、有序集合
• 缓存穿透：查询不存在的数据 → 缓存空值或布隆过滤器
• 缓存雪崩：大量 key 同时过期 → 过期时间加随机抖动
• 缓存击穿：热点 key 过期瞬间被打爆 → 互斥锁重建

数据库选型

类型	代表	适用场景
关系型	MySQL、PostgreSQL	强一致、事务、复杂关联查询（订单、支付）
文档型	MongoDB	结构灵活、快速迭代（内容、日志）
键值型	Redis	缓存、会话、排行榜
列式	ClickHouse	分析查询、大数据量聚合

读写扩展手段：索引 → 读写分离（主从复制）→ 分库分表（水平拆分）。

API 设计

• REST 风格：资源用名词，动作用 HTTP 方法
• 幂等性：重试不会产生副作用（GET/PUT/DELETE 天然幂等，POST 需要唯一请求 ID）
• 限流：令牌桶 / 滑动窗口，保护系统不被突发流量打垮

面试答题框架（4 步法）

1. 澄清需求（5 分钟）：用户量？QPS？读多还是写多？一致性要求？

   "设计 Twitter" → 先问：日活多少？要不要支持媒体？timeline 实时性要求？

2. 估算量级：1 亿日活 ≈ 平均 1200 QPS，峰值 ×3；存储按每条数据大小 × 条数估算
3. 高层设计：画出 客户端 → LB → 应用服务器 → 缓存 → 数据库 的主链路
4. 深入细节：挑 1~2 个难点展开（如 timeline 用推模式还是拉模式），主动讲权衡

经典例题（由浅入深）

1. 设计短链接服务（TinyURL）——哈希、301/302、KV 存储
2. 设计限流器——令牌桶、分布式限流
3. 设计新闻 Feed——推/拉模式、分页、缓存

参考资源

• System Design Primer（中文翻译版）
• ByteByteGo 系统设计频道
• 《系统设计面试：内幕指南》（Alex Xu 著，有中文版）